Pyruvate kinase

La pyruvate kinase est une phosphotransférase qui catalyse la réaction :

phosphoénolpyruvate + ADP → ATP + pyruvate.

Pyruvate kinase musculaire
Tétramère de pyruvate kinase musculaire humaine (PDB 1T5A)
Caractéristiques générales
Symbole	PKM
N° EC	2.7.1.40
Homo sapiens
Locus	15q23
Masse moléculaire	57 937 Da[1]
Nombre de résidus	531 acides aminés[1]
Liens accessibles depuis GeneCards et HUGO.
Entrez 5315 HUGO 9021 OMIM 179050 UniProt P14618 RefSeq (ARNm) NM_001206796.2, NM_001206797.2, NM_001206798.2, NM_001206799.1, NM_001316318.1, NM_002654.5, NM_182470.3, XM_005254445.3 NM_182471.3, XM_005254445.3 RefSeq (protéine) NP_001193725.1, NP_001193726.1, NP_001193727.1, NP_001193728.1, NP_001303247.1, NP_002645.3, NP_872270.1, NP_872271.1, XP_005254502.1 Ensembl ENSG00000067225 PDB 1T5A, 1ZJH, 3BJF, 3BJT, 3G2G, 3GQY, 3GR4, 3H6O, 3ME3, 3SRD, 3SRF, 3SRH, 3U2Z, 4B2D, 4FXF, 4FXJ, 4G1N, 4JPG, 4QG6, 4QG8, 4QG9, 4QGC, 4RPP, 4WJ8 GENATLAS • GeneTests • GoPubmed • HCOP • H-InvDB • Treefam • Vega
Pyruvate kinase hépatique
Caractéristiques générales
Symbole	PKLR
N° EC	2.7.1.40
Homo sapiens
Locus	1q22
Masse moléculaire	61 830 Da[1]
Nombre de résidus	574 acides aminés[1]
Liens accessibles depuis GeneCards et HUGO.
Entrez 5313 HUGO 9020 OMIM 609712 UniProt P30613 RefSeq (ARNm) NM_000298.5, NM_181871.3 RefSeq (protéine) NP_000289.1, NP_870986.1 Ensembl ENSG00000143627 PDB 2VGB, 2VGF, 2VGG, 2VGI, 4IMA, 4IP7 GENATLAS • GeneTests • GoPubmed • HCOP • H-InvDB • Treefam • Vega

Cette enzyme intervient à la 10^e et dernière étape de la glycolyse dans le sens de la réaction ci-dessus pour catalyser la phosphorylation d'une molécule d'ADP en ATP à partir d'une molécule de phosphoénolpyruvate (PEP) convertie en pyruvate, à l'aide d'un cation de magnésium Mg²⁺ comme cofacteur.

Ce type de réaction est appelé phosphorylation au niveau du substrat. Elle est rendue possible par la grande variation d'enthalpie libre standard de l'hydrolyse du groupe phosphate du phosphoénolpyruvate, voisine de ΔG°’ = –61,9 kJ·mol^-1[2]. Elle est par conséquent irréversible, comme son nom ne l'indique pas : les kinases catalysent normalement la phosphorylation du substrat et non le transfert d'un groupe phosphate du substrat vers une autre molécule :

	+ ADP  →  ATP +
PEP		Pyruvate

Isoformes, régulation et néoglucogenèse

Pyruvate kinase

Pyruvate kinase de muscle de lapin complexée avec Mn²⁺, K⁺ et pyruvate, montrant les trois domaines en bleu, blanc et vert (PDB 1PKN^[3])

Données clés

N° EC	EC 2.7.1.40
N° CAS	9001-59-6
Cofacteur(s)	Mg2+, K+

Activité enzymatique

IUBMB	Entrée IUBMB
IntEnz	Vue IntEnz
BRENDA	Entrée BRENDA
KEGG	Entrée KEGG
MetaCyc	Voie métabolique
PRIAM	Profil
PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
GO	AmiGO / EGO

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Chez les mammifères, trois grands types de pyruvate kinases — isoenzymes — ont été mis en évidence, qui diffèrent par leur mode de régulation :

• la pyruvate kinase de type L (liver), présente dans le foie ; elle est inhibée allostériquement par l'ATP et l'alanine, et activée par le fructose-1,6-bisphosphate ; elle est régulée par phosphorylation-déphosphorylation, donc sous contrôle hormonal via la protéine kinase A sous l'effet de l'adrénaline et du glucagon, l'enzyme phosphorylée étant inactivée.
• la pyruvate kinase M (PKM1 et PKM2), présente dans les muscles, qui n'est pas régulée par phosphorylation-déphosphorylation,
• la pyruvate kinase A, présente dans les autres tissus, dont la régulation est intermédiaire et dépend des tissus.

La pyruvate kinase intervient également comme enzyme de commutation vers la néoglucogenèse, voie métabolique du foie permettant de produire du glucose à partir de pyruvate et d'autres substrats. Lorsque la pyruvate kinase est inhibée par phosphorylation, par exemple lors du jeûne sous l'effet du glucagon, cela empêche la conversion du phosphoénolpyruvate en pyruvate et favorise donc sa conversion en glucose via la néoglucogenèse.

Parenté avec la pyruvate phosphate dikinase

Il existe chez certaines bactéries une enzyme assurant une fonction semblable, la pyruvate phosphate dikinase (PPDK), qui catalyse la réaction :

phosphoénolpyruvate + AMP + PP_i  ${\displaystyle \rightleftharpoons }$  P_i + ATP + pyruvate.

Cette enzyme, qui, à la différence de la pyruvate kinase, catalyse une réaction réversible, est également présente chez des plantes^[4] des eucaryotes anaérobies tels que Streblomastix (en), Giardia, Entamoeba et Trichomonas, qui ont sans doute acquis le gène correspondant par transfert horizontal de gènes en au moins deux occasions ; certains de ces organismes utilisent à la fois la pyruvate kinase et la pyruvate phosphate dikinase^[5].

Tonneau de la pyruvate kinase

Domaine protéique

Pfam	PF00224
Clan Pfam	CL0151
PROSITE	PDOC00101
SCOP	1pkn
SUPERFAMILY	1pkn

En médecine

Une mutation génétique affectant cette enzyme peut provoquer un déficit en pyruvate kinase, maladie génétique qui affecte particulièrement le métabolisme des cellules dépourvues de mitochondries, dans lesquelles la glycolyse est indispensable pour produire de l'énergie en l'absence de cycle de Krebs. C'est notamment le cas des globules rouges, ce qui peut conduire à une anémie hémolytique.

Cible thérapeutique

Le mitapivat est un médicament, activateur de la pyruvate kinase des hématies^[6] et donné en cas de déficit en cet enzyme. Il semble actif également dans d'autres types d'anémie^[7], dont les thalassémies^[8].